CN106680436A - 一种新型空气污染平均浓度测量仪 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及测量设备技术领域，特别涉及一种新型空气污染平均浓度测量仪。该方案中的测量仪，包括检测部分、信号转换部分、运算部分、显示部分以及电源部分，检测部分包括抽气口、采样器，信号转换部分为光电转换器，运算部分包括前置放大器、主放大器、电子切割器、积分电路、A/D转换器、计算机数据存储器、各浓度数据处理器、数据接口和键盘指令输入，显示部分包括显示器、打印输出接口和APP输出接口，电源部分包括激光发射器和直流稳压电源。本发明提供一种新的空气污染物的检测仪，可得某一污染物的1小时平均浓度、8小时平均浓度、24小时平均浓度与年平均浓度。

Description

一种新型空气污染平均浓度测量仪
技术领域
本发明涉及测量设备技术领域，特别涉及一种新型空气污染平均浓度测量仪。
背景技术
迄今为止，所有的空气质量检测仪，都是测量、显示即时的空气污染物的浓度。比如，某空气质量检测仪测量出空气中的PM2.5浓度达到了500μg/m3，该数据对于有关空气质量的标准与健康效应来说并不能说明什么问题。对于相关空气质量标准与健康效应相关的PM2.5浓度是24小时平均浓度为25μg/m3，年平均浓度为10μg/m3。又比如，某空气质量检测仪测量出空气中的二氧化碳浓度达到了2000ppm，该数据对于相关标准与健康效应来说并不能说明什么问题。对于相关空气质量标准与健康效应相关的二氧化碳浓度是8小时平均浓度为1000ppm。对于空气污染物的相关标准与健康效应不仅与污染物的浓度有关，而且与人的暴露的时间有关。
对于PM2.5，世界卫生组织规定其指导值为24小时平均值为25μg/m3，年平均值为10μg/m3。对于大气环境，现在全世界只有少数国家与地区能够达到。但时，在室内，我国已经能够采取干预方法达到这个指导值。现有的空气质量检测仪在显示检测到的PM2.5污染物浓度时，把我国过渡时期的日平均75μg/m3，年平均35μg/m3定为了优秀的空气质量标准，也有的把空气污染指数API为50定为优秀空气质量。这种显示空气污染物浓度优良与污染的方法是错误的。我国大气污染物浓度标准不适合室内空气污染物浓度，我国至今还没有规定室内空气中的PM2.5浓度标准；有关PM2.5的标准指的是平均浓度，而不是现有空气检测仪检测到的即时浓度值，又比如二氧化碳，我国室内空气质量相关标准规定24小时室内空气中二氧化碳浓度限值为1000ppm，国际上相关标准规定为700ppm。相关标准规定的是24小时平均值而不是现有空气检测仪检测到的即时浓度值。
现有的空气质量测试仪的缺陷是都没有能够测量、处理与显示空气污染物的平均浓度与暴露时间，从而无法表达空气污染物是否达到相关的空气质量标准，也无法表示与人的健康效应有什么关系。
故急需一种可检测即时空气污染物浓度，同时能够检测、显示污染物的1小时平均浓度、8小时平均浓度、24小时平均浓度与年平均浓度新的空气污染物的检测仪。
发明内容
鉴于以上问题，本发明提供了一种可检测即时空气污染物浓度，同时能够检测、显示污染物的1小时平均浓度、8小时平均浓度、24小时平均浓度与年平均浓度新的空气污染物的检测仪。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：本发明中一种新型空气污染平均浓度测量仪，包括检测部分、信号转换部分、运算部分、显示部分以及电源部分，所述检测部分包括抽气口、采样器，所述信号转换部分为光电转换器，所述运算部分包括前置放大器、主放大器、电子切割器、积分电路、A/D转换器、计算机数据存储器、即时浓度数据处理器、1小时平均浓度数据处理器、8小时平均浓度数据处理器、24小时平均浓度数据处理器、年平均浓度数据处理器、数据接口和键盘指令输入，所述显示部分包括显示器、打印输出接口和APP输出接口，所述显示器包括PM2.5界面显示屏、二氧化碳界面显示屏或相应的空气污染物界面显示屏，所述电源部分包括激光发射器和直流稳压电源；所述直流稳压电源与激光发射器连接，所述激光发射器与测试仪连接，所述抽气口设于测试仪的上端，空气污染物通过抽气口进入测试仪内，所述采样器设于测试仪的下端，所述光电转换器与测试仪连接，所述前置放大器与光电转换器连接，所述主放大器与前置放大器连接，所述电子切割器与主放大器连接，所述积分电路与前置放大器连接，所述A/D转换器与积分电路连接，所述计算机数据存储器与电子切割器连接，所述计算机数据存储器与A/D转换器连接，所述即时浓度数据处理器与计算机数据存储器连接，所述1小时平均浓度数据处理器与计算机数据存储器连接，所述8小时平均浓度数据处理器与计算机数据存储器连接，所述24小时平均浓度数据处理器与计算机数据存储器连接，所述年平均浓度数据处理器与计算机数据存储器连接，所述数据接口与即时浓度数据处理器连接，所述数据接口与1小时平均浓度数据处理器连接，所述数据接口与8小时平均浓度数据处理器连接，所述数据接口与24小时平均浓度数据处理器连接，所述显示器、打印输出接口、APP输出接口和键盘指令输入分别与数据接口连接。
所述PM2.5界面显示屏上包含有充电电池的电量表、即时PM2.5浓度值、PM2.5 1小时平均浓度、PM2.5 8小时平均浓度、PM2.5 24小时平均浓度、PM2.5年平均浓度、日期、月份、年份、小时、分钟。
所述二氧化碳界面显示屏上包含有充电电池的电量表、即时二氧化碳浓度值、二氧化碳1小时平均浓度、二氧化碳8小时平均浓度、二氧化碳24小时平均浓度、日期、月份、年份、小时、分钟。
所述空气污染物包括PM2.5、PM10、二氧化碳、甲醛、TVOC、臭氧、二氧化硫、二氧化氮。
所述空气污染物PM2.5的浓度健康效应值24小时平均浓度为25μg/m3，年平均浓度为10μg/m3。
所述空气污染物二氧化碳的浓度优质值24小时平均浓度为700ppm，合格值为1000ppm。
所述测试仪是间隙采样，间隙时间为2～15分钟。
所述采样器为微型风机或微型流量泵。起到定量抽取空气的作用。
一种使用新型空气污染平均浓度测量仪检测空气污染平均浓度的方法，包括以下步骤：
S1：杆品采集：含空气污染物空气通过采杆器从抽气口进入测试仪，气流中的微尘粒子在激光照射下产生散射光，光电转换器将变化的光信号转换成电信号，前置放大器将该信号放大后分成两部分，一部分通过主放大器与电子切割器得到脉冲数据信号，另一部分通过积分电路与A/D转换器计算出即时颗粒物数量浓度，该数量浓度与散射光的强度成正比；
S2：信号处理：计算机数据存储器将储存所有检测到并且经过处理的数据，根据键盘指令输入分别通过即时浓度数据处理器、1小时平均浓度数据处理器、8小时平均浓度数据处理器、24小时平均浓度数据处理器与年平均浓度数据处理器输出用户需要的空气颗粒物及空气污染物的平均浓度；
S3：信息显示：浓度信息通过数据接口进行分配，通过显示器直接显示、通过打印输出接口进行打印或通过APP输出接口进行远距离输送，从而实现对空气污染程度的检测。
本发明的优点和有益效果在于提供一种新的空气污染物的检测仪，要求该检测仪检测某空气污染物的浓度，通过计算并检测和显示该污染物的1小时平均浓度、8小时平均浓度、24小时平均浓度与年平均浓度。从而可以与相关标准比较，得出与人的健康效应相关的平均浓度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1：PM2.5平均浓度色卡。
图2：二氧化碳平均浓度色卡。
图3：PM2.5界面显示屏。
图4：二氧化碳界面显示屏。
图5：空气质量检测仪示意图。
附图标记说明
1.激光发射器 2.直流稳压电源 3.抽气口 4.采样器 5.光电转换器 6.前置放大器 7.主放大器 8.电子切割器 9.积分电路 10.A/D转换器 11.计算机数据存储器 12.即时浓度数据处理器 13.小时平均浓度数据处理器 14. 8小时平均浓度数据处理器 15. 24小时平均浓度数据处理器 16.年平均浓度数据处理器 17.数据接口 18.显示器 19.打印输出接口 20.APP输出接口 21.键盘指令输入 31.充电电池的电量表 32.即时PM2.5浓度值 33.PM 2.5 1小时平均浓度 34.PM 2.5 8小时平均浓度35.PM 2.5 24小时平均浓度36.PM 2.5年平均浓度 37.日期 38.月份 39.年份 310.小时 311.分钟 41.充电电池的电量表 42.即时二氧化碳浓度值 43.二氧化碳1小时平均浓度 44.二氧化碳8小时平均浓度45.二氧化碳24小时平均浓度 46.日期 47.月份 48.年份 49.小时 410.分钟
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
一种新型空气污染平均浓度测量仪，包括检测部分、信号转换部分、运算部分、显示部分以及电源部分。检测部分包括抽气口3、采样器4。信号转号部分为光电转换器5。运算部分包括前置放大器6、主放大器7、电子切割器8、积分电路9、A/D转换器10、计算机数据存储器11、即时浓度数据处理器12、小时平均浓度数据处理器13、8小时平均浓度数据处理器14、24小时平均浓度数据处理器15、年平均浓度数据处理器16、数据接口17和键盘指令输入21。显示部分包括显示器18、打印输出接口19和APP输出接口20。所述显示器18包括PM2.5界面显示屏和二氧化碳界面显示屏。电源部分包括激光发射器1和直流稳压电源2。
如图3所示，PM2.5界面显示屏上包括充电电池的电量表31、即时PM2.5浓度值32、PM2.5 1小时平均浓度33、PM2.5 8小时平均浓度34、PM2.5 24小时平均浓度35、PM2.5年平均浓度36、日期37、月份38、年份39、小时310、分钟311。如图4所述，二氧化碳界面显示屏上包括充电电池的电量表41、即时二氧化碳浓度值42、二氧化碳1小时平均浓度43、二氧化碳8小时平均浓度44、二氧化碳24小时平均浓度45、日期46、月份47、年份48、小时49、分钟410。
直流稳压电源2与激光发射器1连接，激光发射器1与测试仪连接，抽气口3设于测试仪的上端，采样器4设于测试仪的下端，光电转换器5与测试仪连接，前置放大器6与光电转换器5连接，主放大器7与前置放大器6连接，电子切割器8与主放大器7连接，积分电路9与前置放大器6连接，A/D转换器10与积分电路9连接，计算机数据存储器11与电子切割器8连接，计算机数据存储器11与A/D转换器10连接，即时浓度数据处理器12与计算机数据存储器11连接，小时平均浓度数据处理器13与计算机数据存储器11连接，8小时平均浓度数据处理器14与计算机数据存储器11连接，24小时平均浓度数据处理器15与计算机数据存储器11连接，年平均浓度数据处理器16与计算机数据存储器11连接，数据接口17与即时浓度数据处理器12连接，数据接口17与小时平均浓度数据处理器13连接，数据接口17与8小时平均浓度数据处理器14连接，数据接口17与24小时平均浓度数据处理器15连接，显示器18、打印输出接口19、APP输出接口20和键盘指令输入21分别与数据接口17连接。
如图5所示，激光发射器1与直流稳压电源2为本设备的光源。光电转换器5为接收部件。含尘空气从抽气口3进入测试仪，采样器4为微型风机或微型流量泵，起到定量抽取空气的作用。可根据设定时间定时采样，定时启动及关闭，所得数据可通过微型记录或导入PC机进行数据处理，适合于可吸入颗粒物连续监测。通过计算机软件实现仪器零点的自动调节，提高了仪器测量精度。气流中的微尘粒子在激光照射下产生散射光，光电转换器5将变化的光信号转换成电信号。前置放大器6将该信号放大后分成两部分，一部分通过主放大器7与电子切割器8得到脉冲数据信号；另一部分通过积分电路9与A/D转换器10计算出即时颗粒物数量浓度。该数量浓度与散射光的强度成正比。
计算机数据存储器11将储存所有检测到并且经过处理的数据，根据键盘指令输入21分别通过即时浓度数据处理器12、小时平均浓度数据处理器13、8小时平均浓度数据处理器14、24小时平均浓度数据处理器15与年平均浓度数据处理器16输出用户需要的空气颗粒物的平均浓度。这些平均浓度与即时的浓度可以通过数据接口17进行分配，可以通过显示器18直接显示，可以通过打印输出接口19进行打印，也设计了APP输出接口20，可将检测的数据进行远距离传输，对空气颗粒物平均浓度进行评价，绘制平均浓度的评价曲线，可以通过APP输出接口进行远距离输送。
如图1所示，PM2.5平均浓度色卡从左至右，分别为深蓝、浅蓝、淡绿、淡黄、浅红、深红。左边显示空气质量为优秀，右边显示空气质量为污染。参考量程为0～80μg/m3。色卡中标定的10μg/m3为世界卫生组织规定的年平均指导值，25μg/m3为世界卫生组织规定的24小时平均指导值。PM2.5的浓度健康效应值以色卡的形式实现，参考色卡选取美国NASA公开的资料。
如图2所示，二氧化碳平均浓度色卡从左至右，分别为深蓝、浅蓝、淡绿、淡黄、浅红、深红。左边显示空气质量为优秀，右边显示空气质量为污染。参考量程为0～3000ppm。色卡中标定的700ppm为相关标准规定的24小时优秀值，1000ppm为24小时合格值。仪器已将***标准WS/T206-2001《公共场所空气中可吸入颗粒物(PM 10)测定方法——光散射法》的附录B中的K值存入芯片，通过微处理器计算可直接显示质量浓度(mg/m3)，为公共场所可吸入颗粒物(PM10)监测执法，提供了有效手段。
本发明特别适合中小学生、婴幼儿们、老人、孕妇、产妇与病人等弱势群体所在的环境使用；PM2.5等空气污染物对这些弱势群体的健康影响非常大，对于医院ICU等病房，检测与控制24小时空气污染物的平均浓度也显得十分重要。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种新型空气污染平均浓度测量仪，其特征在于，包括检测部分、信号转换部分、运算部分、显示部分以及电源部分，所述检测部分包括抽气口、采样器，所述信号转换部分为光电转换器，所述运算部分包括前置放大器、主放大器、电子切割器、积分电路、A/D转换器、计算机数据存储器、即时浓度数据处理器、1小时平均浓度数据处理器、8小时平均浓度数据处理器、24小时平均浓度数据处理器、年平均浓度数据处理器、数据接口和键盘指令输入，所述显示部分包括显示器、打印输出接口和APP输出接口，所述显示器包括PM2.5界面显示屏、二氧化碳界面显示屏或相应的空气污染物界面显示屏，所述电源部分包括激光发射器和直流稳压电源；所述直流稳压电源与激光发射器连接，所述激光发射器与测试仪连接，所述抽气口设于测试仪的上端，空气污染物通过抽气口进入测试仪内，所述采样器设于测试仪的下端，所述光电转换器与测试仪连接，所述前置放大器与光电转换器连接，所述主放大器与前置放大器连接，所述电子切割器与主放大器连接，所述积分电路与前置放大器连接，所述A/D转换器与积分电路连接，所述计算机数据存储器与电子切割器连接，所述计算机数据存储器与A/D转换器连接，所述即时浓度数据处理器与计算机数据存储器连接，所述1小时平均浓度数据处理器与计算机数据存储器连接，所述8小时平均浓度数据处理器与计算机数据存储器连接，所述24小时平均浓度数据处理器与计算机数据存储器连接，所述年平均浓度数据处理器与计算机数据存储器连接，所述数据接口与即时浓度数据处理器连接，所述数据接口与1小时平均浓度数据处理器连接，所述数据接口与8小时平均浓度数据处理器连接，所述数据接口与24小时平均浓度数据处理器连接，所述显示器、打印输出接口、APP输出接口和键盘指令输入分别与数据接口连接。
2.根据权利要求1所述的一种新型空气污染平均浓度测量仪，其特征在于，所述PM2.5界面显示屏上包含有充电电池的电量表、即时PM2.5浓度值、PM2.51小时平均浓度、PM2.58小时平均浓度、PM2.524小时平均浓度、PM2.5年平均浓度、日期、月份、年份、小时、分钟。
3.根据权利要求1所述的一种新型空气污染平均浓度测量仪，其特征在于，所述二氧化碳界面显示屏上包含有充电电池的电量表、即时二氧化碳浓度值、二氧化碳1小时平均浓度、二氧化碳8小时平均浓度、二氧化碳24小时平均浓度、日期、月份、年份、小时、分钟。
4.根据权利要求1所述的一种新型空气污染平均浓度测量仪，其特征在于，所述空气污染物包括PM2.5、PM10、二氧化碳、甲醛、TVOC、臭氧、二氧化硫、二氧化氮。
5.根据权利要求1或4所述的一种新型空气污染平均浓度测量仪，其特征在于，所述空气污染物PM2.5的浓度健康效应值24小时平均浓度为25μg/m3，年平均浓度为10μg/m3。
6.根据权利要求1或4所述的一种新型空气污染平均浓度测量仪，其特征在于，所述空气污染物二氧化碳的浓度优质值24小时平均浓度为700ppm，合格值为1000ppm。
7.根据权利要求1所述的一种新型空气污染平均浓度测量仪，其特征在于，所述测试仪是间隙采样，间隙时间为2～15分钟。
8.根据权利要求1所述的一种新型空气污染平均浓度测量仪，其特征在于，所述采样器为微型风机或微型流量泵。
9.一种使用新型空气污染平均浓度测量仪检测空气污染平均浓度的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：样品采集：含空气污染物空气通过采样器从抽气口进入测试仪，气流中的微尘粒子在激光照射下产生散射光，光电转换器将变化的光信号转换成电信号，前置放大器将该信号放大后分成两部分，一部分通过主放大器与电子切割器得到脉冲数据信号，另一部分通过积分电路与A/D转换器计算出即时颗粒物数量浓度，该数量浓度与散射光的强度成正比；
S2：信号处理：计算机数据存储器将储存所有检测到并且经过处理的数据，根据键盘指令输入分别通过即时浓度数据处理器、1小时平均浓度数据处理器、8小时平均浓度数据处理器、24小时平均浓度数据处理器与年平均浓度数据处理器输出用户需要的空气颗粒物及空气污染物的平均浓度；
S3：信息显示：浓度信息通过数据接口进行分配，通过显示器直接显示、通过打印输出接口进行打印或通过APP输出接口进行远距离输送，从而实现对空气污染程度的检测。
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